车载网关设计方法及其网络管理技术研究

论文摘要

随着车载电控单元的日益增多,单一网络结构难以满足车辆功能和性能要求,故整车网络按照功能被划分为若干子网络,子网络之间通过网关进行互联,形成高性能的车载网络系统。车载网关作为整车网络信息交互的中心,对整体网络性能有着重要影响,是车载网络技术研究的重要内容。本文针对实际工程的需求,对车载网关设计方法及其网络管理技术进行深入研究。基于车载网关的基本结构提出了网关功能,包括信息路由功能和网络管理功能。针对网关需要实现的功能及性能要求,首先对车载网关的硬件结构和软件结构进行了总体设计,然后对车载网关路由设计技术和网络管理技术分别进行了研究,最后构建了网关测试系统对实现的车载网关进行了实验验证。针对车载网关路由设计技术,首先讨论了网关路由表自动生成方法,基于数据库编程技术设计并实现了网关路由表自动生成工具。为了保证车载网关路由的实时性,本文基于车载网关模型对网关的延时特性进行了分析,针对影响网关延时特性的因素,设计了基于就绪表查找最高优先级就绪任务的任务调度算法、分块二分ID查询算法和分段复制的信号路由算法,并采用SimEvents仿真技术设计了基于ID优先级的发送队列缓冲机制。最后,基于网关路由实时性设计结果,以OSEK/VDX操作系统为软件平台对网关的路由功能进行了设计及实现。针对车载网关的网络管理技术,本文基于OSEK/VDX网络管理规范对直接网络管理技术进行了深入研究,对逻辑环管理算法和网络睡眠算法进行了设计和实现。同时,本文对间接网络管理技术也进行了研究和设计,以适应不同CAN子网对网络管理实时性和可靠性的不同要求。为了对开发的车载网关进行实验验证,本文构建了车载网关测试系统,对实现的车载网关进行功能及性能测试。测试结果表明开发的车载网关能够实现报文转发及信号路由功能,并且网关路由延时符合实际系统需求;网关实现了符合OSEK/VDX网络管理规范的直接网络管理功能,包括逻辑环管理和网络睡眠唤醒管理;同时,网关实现了间接网络管理功能,可以通过对周期性报文的接收监控来检测节点的故障状态,保证了系统运行的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 本文研究内容与组织结构
• 第2章 车载网关功能描述及结构设计
• 2.1 引言
• 2.2 车载网关功能描述
• 2.3 车载网关硬件结构设计
• 2.4 车载网关软件结构设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 车载网关路由设计技术
• 3.1 引言
• 3.2 网关路由表自动生成技术
• 3.2.1 路由表自动生成系统结构设计
• 3.2.2 网关数据库设计
• 3.2.3 网关数据库管理模块设计
• 3.2.4 网关路由表生成模块设计
• 3.3 网关路由的实时性分析及设计
• 3.3.1 网关延时特性分析
• 3.3.2 网关延时优化设计
• 3.4 网关路由功能的设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 车载网关的网络管理技术
• 4.1 引言
• 4.2 网络管理方法概述
• 4.2.1 直接网络管理
• 4.2.2 间接网络管理
• 4.3 直接网络管理功能的设计及实现
• 4.3.1 软件结构
• 4.3.2 NMPDU 到CAN 报文的映射
• 4.3.3 定时器设计
• 4.3.4 报文过滤及转换模块
• 4.3.5 网络管理消息处理模块
• 4.3.6 网络睡眠
• 4.4 间接网络管理功能的设计及实现
• 4.4.1 软件结构
• 4.4.2 报文接收状态配置表
• 4.4.3 报文接收定时器设计
• 4.4.4 功能模块设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验研究及性能分析
• 5.1 引言
• 5.2 网关实验测试系统
• 5.2.1 网关实验系统结构
• 5.2.2 车载网关实现
• 5.2.3 驱动网络模拟
• 5.2.4 舒适性网络模拟
• 5.3 网关路由功能测试及分析
• 5.3.1 路由算法优化测试
• 5.3.2 发送队列优化测试
• 5.3.3 整体网络路由测试
• 5.4 网络管理功能测试及分析
• 5.4.1 直接网络管理功能测试
• 5.4.2 间接网络管理功能测试
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢